岳洋　周臣

摘 要：主要依據(jù)《航空渦輪螺槳和渦輪軸發(fā)動機通用規(guī)范》（GJB 242—87）和某型渦軸發(fā)動機的具體要求，在參考其他類型航空發(fā)動機滑油中斷試驗經(jīng)驗方法的基礎(chǔ)上，對渦軸發(fā)動機滑油中斷整機試驗裝置進行了研制改造，對試驗方案及試驗前后工作等內(nèi)容開展方法研究，并對兩次試驗結(jié)果進行總結(jié)分析，得到了一套操作性極強的滑油中斷試驗裝置及其試驗方法，為該型渦軸發(fā)動機的設(shè)計定型提供了有力依據(jù)，對后續(xù)該類型相關(guān)試驗也具有參考意義。

關(guān)鍵詞：整機試驗;渦軸發(fā)動機;滑油中斷

中圖分類號：V235.12? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）11-0082-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.11.023

0? ? 引言

航空渦軸發(fā)動機作為一種高速旋轉(zhuǎn)機械，滑油對其內(nèi)部齒輪和軸承起著潤滑、冷卻以及帶走磨粒的作用，所形成的油膜在一定程度上還有緩沖減振的效果。發(fā)動機在運行過程中遭遇故障、機動飛行、重復(fù)的瞬間過載飛行、不正確使用等情況時，其內(nèi)部齒輪和軸承將立即進入無潤滑的極其惡劣的工作環(huán)境，齒輪和軸承等傳動元件摩擦副產(chǎn)生的大量摩擦熱將使傳動系統(tǒng)內(nèi)部零部件溫度隨時間延長而急劇上升，從而導(dǎo)致發(fā)動機失效。因此，在研制階段對發(fā)動機進行滑油中斷試驗，驗證其是否具有設(shè)計要求的干運轉(zhuǎn)能力是十分必要的[1]。

發(fā)動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流、固、熱多相耦合工作，因此部件級的試驗無法驗證發(fā)動機真實工作條件下滑油中斷的情況，為保證飛行安全，應(yīng)對發(fā)動機滑油中斷做地面整機試驗，對發(fā)動機性能進行鑒定。本文對某渦軸發(fā)動機滑油中斷試驗進行了研究，在保證試驗質(zhì)量和安全的前提下，設(shè)計出一套滑油中斷試驗裝置，并通過試驗驗證，對該裝置進行了改進，最終順利完成了滑油中斷試驗，為該類型試驗積累了經(jīng)驗。

1? ? 試驗要求

國家軍用標準GJB 242—87中要求渦軸發(fā)動機要進行滑油中斷試驗。根據(jù)這一要求，滑油中斷時，僅向滑油泵進口供氣，發(fā)動機在中間狀態(tài)工作30 s。在滑油中斷期間和隨后恢復(fù)正常潤滑的30 min內(nèi)，發(fā)動機應(yīng)無損壞地工作。分解檢查發(fā)動機各零部件并重點檢查發(fā)動機各潤滑件無損壞，則認為完成了試驗[2]。

滑油中斷試驗已超過發(fā)動機正常工作范圍，有一定風險性，可能干運轉(zhuǎn)會引起磨損、過熱而導(dǎo)致零部件損壞，首當其沖的便是與潤滑有關(guān)的零部件，如軸承、齒輪、滑油泵、封嚴環(huán)等。因此，試驗過程中應(yīng)嚴格落實與試驗有關(guān)的監(jiān)控措施。對于發(fā)動機平穩(wěn)運行最敏感的參數(shù)就是振動，試驗中應(yīng)密切注意監(jiān)控參數(shù)的變化，確保發(fā)動機安全運轉(zhuǎn)[3]。

2? ? 試驗方案

試驗對象為某型渦軸發(fā)動機，其由粒子分離器、組合壓氣機、燃燒室、燃氣渦輪、動力渦輪及附件傳動機匣組件、自給式滑油系統(tǒng)等組成?；椭袛嘣囼炘隍炇蘸细竦恼麢C試驗臺上進行。

2.1? ? 試驗裝置設(shè)計

本次試驗發(fā)動機，本身結(jié)構(gòu)集成度高，在滑油箱與滑油泵附件之間沒有外部管路。為了滿足試驗要求，達到試驗?zāi)康?，要設(shè)計一套便于操作、易于控制、反應(yīng)迅速、工作可靠的發(fā)動機外部滑油中斷試驗裝置。

圖1給出了原滑油路以及滑油中斷試驗裝置的滑油路示意圖。在原滑油路中，滑油從滑油箱的油濾吸入至滑油泵及附件進入軸承腔，再回到滑油箱形成滑油路閉環(huán)。在滑油中斷試驗裝置中，用轉(zhuǎn)接管替換油濾形成通路，將滑油放油口通過通/斷油裝置與轉(zhuǎn)接管相連，形成發(fā)動機外部滑油路。這樣，滑油從放油口進入通/斷油裝置，通過轉(zhuǎn)接管吸入至滑油泵及附件進入軸承腔，再回到滑油箱形成滑油路閉環(huán)。通過遠程控制通/斷油裝置即可控制大氣與滑油的切換，進行滑油中斷試驗。

2.2? ? 試驗內(nèi)容

（1）發(fā)動機穩(wěn)態(tài)性能錄取試驗;

（2）滑油中斷試驗。

2.3? ? 試驗程序

滑油中斷試驗開始前進行一次常規(guī)試車，錄取發(fā)動機性能，并檢查發(fā)動機工作穩(wěn)定性。性能錄取試驗結(jié)束后取50 mL滑油做光譜分析，清理磁性屑末檢測信號器，更換滑油濾芯。

滑油中斷試驗程序如圖2所示，在發(fā)動機到達規(guī)定狀態(tài)后停留3 min，然后切換通/斷油裝置，中止滑油箱向發(fā)動機供滑油，同時滑油泵增壓級進口通大氣，在此狀態(tài)保持30 s。在試驗過程中，密切監(jiān)控發(fā)動機工作情況及各測量參數(shù)的變化情況并記錄，如有異常立即停車?；椭袛?0 s后，立即恢復(fù)正常供油，在該狀態(tài)停留3 min后，逐步下拉發(fā)動機狀態(tài)進行剩余試驗直至滑油中斷試驗完成。試驗結(jié)束后，檢查磁性屑末檢測信號器和滑油濾芯，并取50 mL滑油做光譜分析。

3? ? 試驗結(jié)果、分析及設(shè)備改進

按照上述試驗程序進行兩次滑油中斷試驗。其中第一次試驗，通/斷油裝置由兩個電磁閥組成，試驗過程中因為通/斷油裝置無法恢復(fù)滑油供應(yīng)而終止;對設(shè)備進行改進后，第二次成功地完成了滑油中斷試驗。

3.1? ? 第一次滑油中斷試驗

試驗前，按照圖1對滑油中斷裝置進行安裝，其中通/斷油裝置如圖3所示。在正常試驗時，滑油進口處電磁閥2接通，通大氣側(cè)電磁閥1關(guān)閉，滑油通過滑油箱放油口至電磁閥2進入滑油泵，再進入軸承腔等;當滑油中斷時，通大氣側(cè)電磁閥1接通，滑油進口處電磁閥2關(guān)閉，僅有空氣進入滑油泵，從而形成滑油中斷的效果。

如圖4所示，在第一次滑油中斷試驗時，在中間狀態(tài)中斷滑油，滑油壓力下降為0，30 s后恢復(fù)供油，滑油壓力仍為0，2 min后滑油壓力仍未恢復(fù)，下拉發(fā)動機狀態(tài)，在下拉過程中有異響，振動報警達到60 mm/s，進行緊急停車。停車后從滑油箱中只放出1 L滑油，大量滑油泄漏。

經(jīng)檢查，電磁閥關(guān)閉時，靠閥兩側(cè)壓差對閥本身進行壓緊，從而起到緊閉的作用，滑油大量從電磁閥1泄漏。通/斷油裝置由兩組電磁閥組成的方案存在問題，需改進。

本次滑油中斷試驗最終因設(shè)備問題而終止，但是在滑油中斷期間，發(fā)動機穩(wěn)定運行，各主要參數(shù)無明顯變化，振動值整體有所上升，其原因在于，當滑油切斷后，擠壓滑油油膜阻尼器減振效果下降，轉(zhuǎn)子及發(fā)動機振動響應(yīng)增大，但未超過極限值。后續(xù)下拉發(fā)動機狀態(tài)過程中的振動值超限，原因是滑油大量泄漏，導(dǎo)致與潤滑相關(guān)的零部件長時間處于無潤滑狀態(tài)，引起了磨損、過熱等問題，加上發(fā)動機狀態(tài)改變這個因素，最終導(dǎo)致了振動值超限。

3.2? ? 第二次滑油中斷試驗

總結(jié)上一次試驗經(jīng)驗，按照圖5對通/斷油裝置進行改進，將兩組電磁閥改為二位三通電動閥。其中，二位三通閥的進口A與滑油箱放油口連接;二位三通閥的一個接口B與轉(zhuǎn)接管相連，A→B為滑油通道，保證發(fā)動機在供應(yīng)滑油的狀態(tài)下正常工作;二位三通閥的另一個接口C通大氣，C→B為空氣通道，該通道工作時，滑油通道關(guān)閉，滿足滑油中斷試驗僅有空氣進入滑油泵，使發(fā)動機在一定時間內(nèi)無滑油供應(yīng)的狀態(tài)下工作的要求。

如圖6所示，整個試驗過程中，發(fā)動機工作正常，滑油中斷過程中，滑油供油壓力正常變化。中斷開始時，壓力在2 s內(nèi)降低到0;恢復(fù)供油后，2 s左右壓力回到正常值，滑油供油溫度和回油溫度無明顯變化。在滑油中斷的31 s內(nèi)，發(fā)動機的功率、動力渦輪前溫度、燃氣渦輪轉(zhuǎn)速等重要性能參數(shù)均未發(fā)生明顯變化，發(fā)動機各振動參數(shù)均有所增大，但所有振動參數(shù)均在規(guī)定范圍之內(nèi)。整個試驗過程中磁性屑末檢測信號器未報警，滑油濾未發(fā)現(xiàn)堵塞指示或堵塞報警。

3.3? ? 試驗后檢查

對所取滑油樣品進行光譜分析，表1給出了滑油光譜分析結(jié)果，分析表明，滑油中斷試驗前后滑油中金屬元素的含量無明顯變化，說明滑油中斷期間各軸承并無明顯磨損。

發(fā)動機完成滑油中斷試驗后分解，以檢查滑油中斷對發(fā)動機的損傷情況。檢查結(jié)果表明，發(fā)動機各部件未發(fā)現(xiàn)異常;對發(fā)動機軸承進行分解、目視檢查顯示正常，返回相應(yīng)承制單位返廠檢查，軸承尺寸精度、旋轉(zhuǎn)精度及游隙等均在正常要求范圍內(nèi)。

綜上所述，試驗數(shù)據(jù)滿足合格判定準則，可以認為順利通過了滑油中斷試驗。

4? ? 結(jié)論

本文對某型渦軸發(fā)動機進行了滑油中斷試驗研究，在本文試驗范圍內(nèi)，可以得到如下結(jié)論：

（1）本次滑油中斷試驗的成功表明，該滑油中斷試驗裝置設(shè)計合理可行，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、響應(yīng)迅速、控制精度高，可在今后同類型試驗中進行廣泛推廣。

（2）在滑油中斷期間，發(fā)動機振動值整體會有所增大，原因在于，滑油中斷會導(dǎo)致擠壓滑油油膜阻尼器減振效果下降，潤滑零部件會發(fā)生相應(yīng)變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子及發(fā)動機振動響應(yīng)增大，是滑油中斷后發(fā)動機的正?，F(xiàn)象。

（3）某型渦軸發(fā)動機在滑油中斷期間和隨后恢復(fù)正常潤滑的試驗過程中工作正常，性能均符合要求，順利完成了滑油中斷試驗，為該型號發(fā)動機設(shè)計定型提供了強有力的技術(shù)支持與依據(jù)。

[參考文獻]

[1] 曾聞鼎，彭秀云.某渦軸發(fā)動機滑油中斷試驗振動故障分析[J].南華動力，2016（2）：13-17.

[2] 航空渦輪螺槳和渦輪軸發(fā)動機通用規(guī)范：GJB 242—87[S].

[3] 航空燃氣渦輪發(fā)動機滑油中斷試驗方法：HB 20271—2016[S].

收稿日期：2022-03-29

作者簡介：岳洋（1986—），男，河北邯鄲人，工程師，研究方向：整機試驗。